大型半潜浮式风机平台设计及稳性研究

基于10 MW级大型风机,采用钢筋混凝土结构,进行了半潜浮式风机平台的概念设计,采用SESAM建立平台的数值模型,对立柱间距、立柱倾角及立柱直径对该半潜平台完整稳性的影响规律进行了重点研究并对平台进行优化,对优化后半潜平台的破舱稳性、综合许用重心高度及固有周期进行了验证。结果表明:以上因素以不同的方式影响平台完整稳性,而增加立柱倾角在钢筋混凝土用量和排水量等方面更具优势,优化后的平台完整稳性、破舱稳性、综合许用重心高度及运动周期均满足设计规范要求。

极端工况下浅水大型半潜漂浮式风机动态响应分析

利用WADAM程序进行三维辐射/衍射频域分析计算,计算时域分析所需的相关水动力系数,如附加质量、辐射阻尼、一阶/二阶波浪力传递函数和RAO等。优化设计一套适用于浅水的悬链式系泊系统,利用ORCAFLEX开展对大型半潜漂浮式风机在50年一遇极端工况下风浪流耦合环境条件模拟。分析大型半潜浮式风机在极端工况下完整系泊和考虑系泊失效(单缆破断)情况下的运动响应、塔顶加速度及锚链设计张力等风机关键控制参数。结果表明,该大型半潜漂浮式风机稳定性好,完整系泊和单缆破断运动和系泊性能表现优异,风机关键控制参数均能满足50年一遇极端工况的设计值要求。

PSPC规范在深水半潜浮式生产平台涂装设计施工中的应用

深水半潜浮式生产平台(SEMI FPU)与传统船舶相比具有设计使用时间长、服役环境复杂、防腐要求高、施工及检验要求严苛等特点,同时又兼具油气钻采设施和船舶双重特点,压载舱、货油舱、空舱等舱室涂装及船级社入级需要遵从IMO PSPC规范要求。本研究从PSPC规范在半潜浮式生产平台防护涂层系统设计、涂层系统认可、涂装施工、检验及涂层技术文件等方面,结合实际工程案例进行解读总结,给出了相应的工程经验推荐作法,希望能为从事相关工作人员提供参考。

运维船与半潜式风机平台碰撞过程的物理建模仿真分析

随着海上浮式风机的大型化和作业水深的增加,风机运维服务船舶与风机平台之间的碰撞是影响风机安全运营的重要风险之一,而目前已有的研究主要聚焦于固定式海上风机。本文针对运维船与半潜式浮式风机的碰撞问题,基于多体水动力学建立运维船与半潜式浮式风机的运动方程,并采用物理建模方式模拟浮体间的碰撞力。首先,在时域内模拟因运维船动力定位故障导致其与风机平台的碰撞过程;在此基础上,分析撞击速度、撞击位置等因素对浮体运动响应的影响规律。研究结果表明,碰撞力具有作用时间短、幅值大的特点,其幅值与浮体间的相对速度呈线性关系;因运维船附加质量较小,碰撞对其横摇、艏摇速度影响显著,同时运维船的撞击位置直接决定了浮体动能之间的能量重分配,进而影响碰撞力幅值及浮体运动响应。

新型半潜式浮式风机在不同流速下的动力响应特性研究

本文提出一种适用于50~120 m水深的新型半潜式浮式风机,用频域法研究浮式平台的水动力特性,通过建立风机-塔筒-浮式平台-系泊系统全耦合分析模型,考虑二阶差频波浪力作用,对其开展风、浪、流联合作用下的时域分析,重点分析不同流速条件下新型半潜式浮式风机耦合动力响应特性。分析结果表明:新型半潜式浮式风机结构设计合理,其固有周期能较好地避开波浪能量密集的周期范围,有效避免了共振发生;风浪条件一定的情况下,流速增大将使新型半潜式浮式风机的最大纵荡响应和锚链拉力显著增大,但对纵摇和艏摇响应有一定程度的抑制作用。流速变化对基础垂荡运动和发电功率影响较小。

超大型半潜浮式风机性能仿真分析

以桑迪亚国家实验室公开的SNL-13.2 MW半潜浮式风机计算模型为研究对象,采用Openfast软件对浮式风机进行“气动—水动—控制—弹性”全耦合时域仿真模拟,研究分析变化波高与风速对13.2 MW风机运动特性产生的影响,并与同工况下10 MW风机的运动特性进行比较。研究发现:在不同湍流风不规则波作用的工况下,SNL-13.2 MW半潜浮式风机系统的纵荡、纵摇、垂荡响应幅值对波高变化不敏感,对风速变化较敏感,与同工况下10 MW风机的运动响应差异较小;在恶劣工况下,风机系统的波动幅值基本符合风机安全工作规范要求,满足风机的安全运转条件。

四浮筒半潜式海上风机基础水动力性能分析

参照三浮筒式OC4半潜式风机基础,设计了四浮筒式浮式风机基础。建立三浮筒式OC4半潜式风机基础与四浮筒式浮式风机基础水动力模型,利用AQWA软件分析四浮筒式浮式风机基础相关水动力参数,并将四浮筒式浮式风机基础与三浮筒式OC4半潜式风机基础进行不同工况下的时域分析对比,探究两者间性能差异。结果表明,四浮筒式浮式风机基础具有良好的水动力性能,相较于三浮筒式OC4半潜式风机基础,其在纵荡、横荡、纵摇、艏摇4个自由度方向上的运动响应以及缆绳张力方面存在优势。

5兆瓦级V型浮式风机平台设计及稳性分析

基于静力学原理和规范要求,设计了一种搭载NREL 5 MW风机的V型半潜式平台,计算并验证了其结构完整稳性。结果表明平台设计优良合理,在工作工况和自存工况的各个倾斜轴下均能保证足够的结构稳性。自存工况时平台的最小许用重心高度为12.2 m,而实际重心高度为9.4 m,并未超出许用限值。值得注意的是,30°倾斜轴为平台危险轴,此时稳性相对较差,需要注意平台在此倾斜轴下的横倾运动。

半潜式浮式风电平台立柱波面爬升特性试验

以新型3立柱半潜式浮式风机平台为研究对象,建立全耦合物理水池试验模型。采用水池模型试验对浮式风电平台各立柱附近波面爬升特性进行研究。结果表明:在线性频域范围内,当波浪周期小于17 s时立柱波面爬升幅值响应不受浪向影响;叶片旋转和塔筒耦合谐振激励对波面爬升没有显著影响;最小气隙主要发生在背浪向立柱,并且受系泊缆分布不对称影响。

浅水半潜型浮式风机基础概念设计与模型试验研究

目前我国海上风电开发主要集中在近海海域。我国近海海域水深相对较浅,在浅水非线性波浪载荷作用下,浮式基础动力响应呈现显著非线性特性,导致浮式风机基础及其系泊系统设计极具挑战。针对我国近海浅水海域环境条件,基于半潜型浮式风机基础概念SPIC,采用参数化建模与优化方法,开展了42 m水深条件下半潜型浮式风机基础概念设计,并在海洋工程水池开展1∶50缩尺模型试验。模型试验的结果表明:半潜式浮式风机基础概念设计具有稳定性好、动力性能优良等优点,浮式基础纵摇运动、机舱加速度等指标满足规范要求。模型试验结果验证了该概念的可行性。

半潜型浮式风机平台研究综述

介绍了半潜型浮式风机的发展现状,基于已有的概念设计方案提出了半潜型浮式风机平台的初步设计流程图和优化设计方向,综述了半潜型浮式风机平台在稳定性、水动力性能和强度分析等性能方面的研究,提出了在这些研究领域中有待进一步解决的问题。结果表明,目前半潜型浮式风机在技术上已是可行的,但高成本制约了大规模应用,因此需在技术和成本上进一步优化。

塔柱和风机位置对半潜式浮式风机系统动力性能的影响研究

研究塔柱和风机布置位置对半潜式浮式风机系统动力性能的影响。以OC4-deepCwind浮式风机参数为例,将塔柱和风机分别布置在半潜式浮式基础的中心和其三角形浮筒上,建立浮式风机系统动力学模型,计算不同工况下系统的动力响应。结果表明,塔柱和风机由基础中心调到其浮筒上后,浮式基础运动、机舱加速度、叶片气动力及系缆力的平均值变化不大,标准差有显著的增加;特别在极限工况,机舱X向加速度、叶片气动力的标准差增加近1倍,首摇超过5°,1号缆受力的标准差增加约30%。实际设计中,综合考虑浮式风机系统动力性能、安装和运输过程的便利性及结构强度等设计塔柱和风机位置。

超大型半潜浮式风力机基础概念设计及性能研究

半潜浮式风机的基础是保证风机正常运行的关键,而基础各个构件尺寸的设计尤为重要。针对具有大型浮箱结构的半潜型浮式风机基础,拟定三种不同尺寸浮箱的平台,建立了三个有限元模型,进行稳性分析、水动力分析和强度分析,将计算的结果与规范标准进行对比分析,最终确定平台尺寸。计算结果表明:浮箱的尺寸影响平台垂荡和纵摇的固有周期,并且随着尺寸的增大初稳性高度降低,其中浮箱宽度为9 m平台的稳性和水动力性能相对较好,其整体强度分析结果也满足规范要求。

半潜漂浮式风机垂荡板附加质量研究

半潜漂浮式风机基础往往采用立柱-垂荡板组合结构作为选型型式,这种选型型式的垂荡板附加质量是影响漂浮式风机垂向运动性能的重要参数。以基于边界元法的水动力分析为手段,对半潜漂浮式风机基础垂荡板附加质量的影响因素进行分析与讨论。研究表明:构成半潜漂浮式风机基础多个立柱的垂荡板附加质量彼此之间的干扰较小,并可根据单立柱-垂荡板结构的附加质量推导得到半潜式风机基础的垂向自由度运动整体附加质量。垂荡板-立柱直径比和垂荡板深度的改变都可以调整附加质量,然而从材料成本考虑,改变垂荡板-立柱直径比是较优的选择,最后根据简化计算模型和半潜漂浮式风机的频率设计策略给出了对于初步选型可选择的垂荡板-立柱直径比范围。

海上半潜式浮式风机平台系泊系统对比研究

选取5MW-OC4深水半潜式浮式风机平台为参考模型,利用AQWA软件建立半潜式浮式风机平台模型,在频域范围内计算浮式风机平台运动响应,得到平台幅频响应曲线,以验证数值分析的可靠性。选取3种浮式风机平台系泊系统,对比研究系泊系统改变对浮式风机平台运动响应的影响规律,同时分析极端环境条件下单缆失效对浮式平台运动响应及系泊缆张力的影响。计算结果对浮式风机平台系泊系统的优化设计有一定的参考意义。

多形式浮式风机半潜式平台运动特性研究

本文针对半潜式平台形式对其运动特性的影响的问题,参考OC4-5 MW海上浮式风机DeepCwind三浮筒式半潜式平台模型,建立了四浮筒式、两幅舱式风机平台模型。使得各模型的排水量保持基本一致,采用加入等效风力系数模拟风荷载方法,基于三维势流理论,利用AQWA软件对上述3种平台基础进行了风浪流联合海况的时域对比性分析。其时域结果表明,一定环境条件下,两浮舱式风机平台的运动响应在多个自由度方向的最大值及平均值相对较小,而三浮筒式、四浮筒式风机平台在抵御流荷载具有一定优势。平台运动响应线位移矢量和与不规则波波高呈正相关。

半潜型风机浮式基础设计及幅频运动特性研究

针对5MW海上风机,进行了半潜型浮式基础的概念设计,研究了其幅频运动特性。考虑风机浮式基础的稳性和运动要求,对浮式基础的构件进行设计,并进行舱室划分;考虑叶片产生的气动载荷影响以及风载荷作用,计算分析风机浮式基础的完整稳性及破舱稳性;考虑浮式基础构件及压水板的粘性阻尼,计算浮式基础的幅频运动响应特性。计算结果表明,设计的浮式基础运动性能满足风机发电作业的要求。

半潜型浮式风力机平台的完整稳定性研究

为研究半潜型浮式风力机平台的初稳性高度限值和完整稳定性的影响因素等问题,对半潜型浮式风力机平台的完整稳定性进行了理论分析和数值计算。基于重心移动原理,结合风力机平台的静平衡角和摇摆周期等因素,提出了适用于半潜型浮式风力机平台的初稳性高度限值计算公式。从进水角的角度分析了浮式风力机平台大倾角稳定性中的最不利倾斜轴问题。利用Sesam软件对某半潜型浮式风力机平台进行数值模拟,研究了浮筒间距、浮筒直径和干舷高度三个因素对风力机平台稳定性的影响规律。结果表明:三个因素以不同的方式改变稳定性,同时会对初稳性高度、重心高度和排水体积等产生不同程度的影响。这些结论可为半潜型浮式风力机平台设计提供参考。

基于浮体Morison方程的半潜式超大型浮式结构波浪力简化计算方法

文章研究了半潜式超大型浮式结构中移动式海上基地（MOB）在高海况随机波作用下波浪力的简化计算方法。基于修正后的浮体Morison方程,理论推导得出了MOB结构波浪力的计算公式。以MOB结构＂三模块模型＂为例,研究其在6级海况条件下基于Bretschneider谱模拟的随机不规则波中浪向角变化在0°~90°范围内,各模块的波浪力—历时规律,将简化算法的计算结果统计值与势流理论的结果进行对比,并对二者进行误差分析。结果表明,运用简化算法得到的MOB波浪力统计结果与势流理论的结果吻合程度高,且二者之间的相对误差在工程允许的范围之内,可充分验证简化算法的正确性、合理性与可行性。文中提出的算法相比于势流理论更加简单,建议在结构初步设计阶段运用该方法,可高效评估大量不同工况下MOB结构的波浪荷载,研究成果可为半潜式超大型浮式结构动力响应研究奠定基础。

深水半潜浮式生产平台防护涂层设计应用

深水半潜浮式生产平台(SEMI FPU)与传统船舶结构相比具有使用寿命长服役环境严苛、防腐设计要求高等特点,通常采用涂层系统防护、阴极保护或两者联合防护。本文从SEMI FPU涂层防护区域结构设计,涂层系统设计,涂装施工、涂层维护等方面,对防护涂层系统设计应用进行了归纳总结,提出了相应的工程经验推荐作法,希望为从事相关工作人员提供参考。